Kann über den Rand einer Münze laufen! Der kleinste Krabbenroboter an Land kommt auf den Markt und könnte künftig für minimalinvasive Operationen eingesetzt werden

Dieser „seitwärts gehende“ Mikroroboter ist so süß!

Science Robotics veröffentlichte im Mai eine Studie der Northwestern University, die einen Multimaterial-Landroboter im Submillimeterbereich vorstellte.

Berichten zufolge ist dieser Roboter von einer Krabbe inspiriert. Seine Miniaturgröße und sein flexibles Tempo ermöglichen es diesem kleinen Roboter, frei auf der Kante einer Münze zu laufen und dabei ferngesteuert zu werden.

In Zukunft kann dieser Roboter für Operationen auf engstem Raum und sogar für minimalinvasive Operationen eingesetzt werden.

Link zum Papier:

https://www.science.org/doi/10.1126/scirobotics.abn0602.

Inspiriert von der „Guckzehenkrabbe“ ist es der kleinste Mikroroboter an Land. Vom Aussehen her hat dieser Roboter 8 Beine und eine Zange. Der runde Körper ähnelt tatsächlich einer Krabbe inspiriert von einer Art Krabbe – der „Peeping Crab“

Der leitende Forscher der Studie, John A. Rogers, sagte, ihre Arbeit ergänze die Arbeit anderer Wissenschaftler, die an Robotern im Millimetermaßstab arbeiten, wie zum Beispiel Würmern. Ähnliche Strukturen können sich durch a bewegen begeißeltes flüssiges Medium.

Aber soweit er weiß, ist ihr Krabben-Mikroroboter der kleinste Landroboter, nur einen halben Millimeter breit, der auf festen Oberflächen im Freien laufen kann.

Der Roboter besteht aus drei Schlüsselmaterialien: einem Polymer in elektronischer Qualität für den Körper und die Gliedmaßen; einer Formgedächtnislegierung (SMA), die die „beweglichen“ Teile bildet; und einer dünnen Glasschicht als Außenmaterial . Knochen zur Erhöhung der Steifigkeit der Struktur.

Rogers fügte hinzu, dass sie nicht durch diese Spezialmaterialien eingeschränkt seien, sein Team jedoch nach Möglichkeiten suche, Halbleitermaterialien und andere Arten von Leitern zu integrieren.

Formgedächtnislegierung (SMA) hilft der „kleinen Krabbe“, sich zu bewegen

Aufgrund der Formgedächtnislegierung (SMA) kann sich dieser winzige Roboter schnell bewegen. Diese Art von Material erfährt bei einer bestimmten Temperatur einen Phasenwechsel, der zu einer Formänderung führt.

Rogers sagte: „Man erzeugt also das Material in einer anfänglichen Geometrie, verformt es, und wenn man es dann erhitzt, kehrt es zur ursprünglichen Geometrie zurück … Wir nutzen die Formänderung als eine Art mechanischen Aktuator oder als eine Art Muskel.“ . Grundlagen.“

Um das Memory-Metall zum Erhitzen zu bringen, fokussierten die Forscher den Roboter mit einem Laserstrahl.

Rogers sagte: „Immer wenn ein Laserstrahl die Formgedächtnislegierungsteile des Roboters beleuchtet, verursacht er eine Phasenänderung und eine entsprechende Bewegung. Wenn der Laserstrahl wegbewegt wird, werden diese Teile schnell abgekühlt und das Glied kehrt zurück.“

So können Laserpunkte, die den Körper des Roboters scannen, nacheinander verschiedene Gelenke aktivieren, um Gang und Bewegungsrichtung festzulegen.

Obwohl dieser Ansatz seine Vorzüge hat, möchte Rogers weitere Optionen erkunden. „Bei Lasern braucht man eine Art optischen Zugang … (aber) je nachdem, wo der Roboter arbeiten soll, ist dieser Ansatz machbar“, sagte Rogers.

Naturphilosophie von einem Mikrorobotiker

Das ist nicht der Fall Zum ersten Mal hat Rogers Submillimeter-große Roboter gebaut, die sich an Dingen aus der Natur orientieren.

Sein Labor hat winzige Strukturen entwickelt, die Würmern und Käfern ähneln, und sogar einen geflügelten Mikrochip, der sich passiv durch die Luft bewegt, nach dem gleichen Prinzip, wie der Wind Samen verbreitet.

Im Jahr 2015 veröffentlichten Rogers und seine Kollegen auch einen Artikel darüber, wie man das Konzept von „Kirigami“ aus der japanischen Kirigami-Kunst (wie sie in Pop-up-Büchern zu sehen ist) nutzen kann, um sie von Robotern zu entwerfen.

Sie verwendeten hochpräzise, ​​mehrschichtige Stapel gemusterter Materialien, die von Siliziumwafern getragen werden, aber während diese Materialien für integrierte Schaltkreise nützlich sind, sind sie „nicht gut für Roboter“, sagte Rogers, weil sie flach sind. Um sie in die dritte Dimension zu bringen, ist das Studium der Prinzipien des Qi ein Ausgangspunkt.

Wie Rogers betonte, ist ihre Forschung derzeit rein explorativ und versucht, einige zusätzliche Ideen in die Mikrorobotiktechnik einzuführen.

„Wir können diese Roboter bewegen und sie in verschiedene Richtungen bewegen lassen, aber sie führen keine spezifischen Aufgaben aus“, sagte er.

Obwohl der Krabbenroboter beispielsweise Krallen hat, dienen diese nur der visuellen Darstellung, sie bewegen oder greifen keine Gegenstände. „Die Schaffung von Fähigkeiten zur Missionsdurchführung wird der nächste Schritt in der Forschung in diesem Bereich sein“, sagte er. Jetzt sind die Herstellung von 3D-Strukturen aus mehreren Materialien und die Verwendung von SMA für die bidirektionale Betätigung zwei Schlüsselbestandteile des Beitrags seines Teams zur umfassenderen Forschung.

Um weiter zu forschen, überlegen er und seine Kollegen, wie sie die Fähigkeit, Objekte in dieser Größenordnung zu greifen oder zu manipulieren, verbessern und den Robotern Mikroschaltkreise, digitale Sensoren und drahtlose Kommunikation hinzufügen können. Beispielsweise könnte die Kommunikation zwischen Robotern es ihnen ermöglichen, als Schwarm zu arbeiten. Ein weiterer Forschungsbereich besteht darin, eine Art lokale Stromquelle hinzuzufügen, die beispielsweise durch Photovoltaik betrieben wird, um über einen Mikrocontroller zeitlich sequentiell lokale Wärme bereitzustellen und so die Bewegung zu steuern.

In Bezug auf potenzielle Anwendungen stellt sich Rogers vor, dass Mikroroboter für Arbeiten auf engstem Raum eingesetzt werden, vor allem für minimalinvasive Operationen und sekundär für Fahrzeuge, die zum Bau anderer Mikromaschinen verwendet werden. Er mahnt aber auch zur Vorsicht: „Ich möchte nicht überbewerten, was wir tun. Man kann sich leicht vorstellen, dass diese Roboter in den Körper eindringen und medizinisch mächtige Dinge tun. (Aber) dort wollen wir sein, und das ist es.“ Das ist es, was einen Großteil unserer Arbeit antreibt.“

Ähnliche Geschichten:

• https://spectrum.ieee.org/microrobots-walking.
• https://www.science.org/doi/10.1126/scirobotics.abn0602.
• https://www.nature.com/articles/s41586-021-03847-y.
• https://www.pnas.org/doi/full/10.1073/pnas.1515602112.

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